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题型:简答题
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简答题

如图所示,四棱锥P-ABCD的底面为直角梯形,∠ADC=∠DCB=90°,AD=1,BC=3,PC=CD=2,PC⊥底面ABCD,E为AB的中点,

(1)求证:平面PDE⊥平面PAC;

(2)求直线PC与平面PDE所成角的正弦值;

(3)求点B到平面PDE的距离.

正确答案

解:如图,

(1)设AC与DE交于点G,延长DE交CB的延长线于点F,

则易得△DAE≌△FBE,

∴BF=AD=1,∴CF=4,

又∵

∴∠BFE=∠ACD,

又∵∠ACD+∠ACF=90°,

∴∠BFE+∠ACF=90°,

∴∠CGF=90°,∴AC⊥DE,

又∵PC⊥底面ABCD,

∴PC⊥DE,

∴DE⊥平面PAC,

∵DE平面PDE,

∴平面PDE⊥平面PAC。

(2)连接PG,过点C作CH⊥PG于H点,

则由(1)知平面PDE⊥平面PAC,且PG是交线,

根据面面垂直的性质,得CH⊥平面PDE,

从而∠CPH,即∠CPG为直线PC与平面PDE所成的角,

在Rt△DCA中,

在Rt△PCG中,

所以,即直线PC与平面PDE所成的角的正弦值为

(3)由,可知点B到平面PDE的距离等于

点C到平面PDE的距离的,即CH,

在Rt△PCG中,

从而点B到平面PDE的距离等于

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简答题

某厂根据市场需求开发折叠式小凳(如图所示)。凳面为三角形的尼龙布,凳脚为三根细钢管。考虑到钢管的受力和人的舒适度等因素,设计小凳应满足:①凳子高度为30cm,②三根细钢管相交处的节点O与凳面三角形ABC重心的连线垂直于凳面和地面。

(1)若凳面是边长为20cm的正三角形,三只凳脚与地面所成的角均为45°,确定节点O分细钢管上下两段的比值(精确到0.01);

(2)若凳面是顶角为120°的等腰三角形,腰长为24cm,节点O分细钢管上下两段之比为2:3,确定三根细钢管的长度(精确到0.1cm)。

正确答案

解:(1)设△的重心为H,连结

由题意可得,

设细钢管上下两段之比为

已知凳子高度为

∵节点O与凳面三角形重心的连线与地面垂直,且凳面与地面平行

就是OB与平面所成的角,亦即

解得,

即节点分细钢管上下两段的比值约为0.63;

(2)设

设△的重心为H,则

由节点O分细钢管上下两段之比为2:3,可知

设过点的细钢管分别为

∴对应于A、B、C三点的三根细钢管长度分别为60.8cm,36.1cm和60.8cm。

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简答题

如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中,底面是等腰直角三角形,∠ACB=90°,侧棱AA1=2,D、E分别是CC1与A1B的中点,点E在平面ABD上的射影是△ABD的垂心G,

(Ⅰ)求A1B与平面ABD所成角的大小(结果用反三角函数值表示);

(Ⅱ)求点A1到平面AED的距离。

正确答案

解:(Ⅰ)连结BG,则BG是BE在ABD的射影,

即∠EBG是A1B与平面ABD所成的角,

设F为AB的中点,连结EF、FC,

∵D,E分别是CC1与A1B的中点,

又DC⊥平面ABC,

∴CDEF为矩形,连接DE,G是△ADB的重心,

∴GE=DF,

在直角三角形EFD中,

∵EF=1,∴

于是

∴A1B与平面ABD所成角是

(Ⅱ)连结A1D,有

又EF∩AB=F,

设A1到平面AED的距离为h,则

即A1到平面AED的距离

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简答题

如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是棱DD1的中点,

(Ⅰ)求直线BE和平面ABB1A1所成的角的正弦值;

(Ⅱ)在棱C1D1上是否存在一点F,使B1F∥平面A1BE?证明你的结论.

正确答案

解:设正方体的棱长为1,如图所示,

为单位正交基底建立空间直角坐标系,

(Ⅰ)依题意,得

所以

在正方形ABCD-A1B1C1D1中,因为AD⊥平面ABB1A1

所以是平面ABB1A1的一个法向量,

设直线BE和平面ABB1A1所成的角为θ,

即直线BE和平面ABB1A1所成的角的正弦值为

(Ⅱ)依题意,得A1(0,0,1),

n=(x,y,z)是平面A1BE的一个法向量,

则由,得

所以

取z=2,得n=(2,1,2);

设F是棱C1D1上的点,则F(t,1,1)(0≤t≤1),

又B1(1,0,1),所以

而B1F平面A1BE,

于是=0

F为C1D1的中点.

这说明在棱C1D1上存在点F(C1D1的中点),使B1F∥平面A1BE。

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简答题

已知ABCD-A1B1C1D1是底面边长为1的正四棱柱,O1是A1C1和B1D1的交点。

(1)设AB1与底面A1B1C1D1所成的角的大小为α,二面角A-B1D1-A1的大小为β。求证:tanβ=tanα;

(2)若点C到平面AB1D1的距离为,求正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的高。

正确答案

解:设正四棱柱的高为h

(1)连底面

与底面所成的角为,即

,O1中点

是二面角的平面角,即

(2)建立如图空间直角坐标系,有

设平面的一个法向量为

,取

∴点C到平面的距离为,则

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